
智能材料是一种能够感知外部环境刺激并根据这些刺激改变自身性能的功能材料,它们弱化了功能材料与结构材料之间的界限。
智能材料要求集感知、驱动和信息处理于一体,具有类似生物的智能属性,包括自感知、自诊断、自适应和自修复等功能。它们能够感知周围环境的变化,并对此采取相应对策。
也存在智能材料系统(IMS)的概念。例如,Rogers认为IMS的定义可以归结为两种观点:一种是从技术角度出发,认为IMS是在材料和结构中集成了执行器、传感器和控制器;另一种则是从科学理念出发,强调在材料系统的微观结构中集成智能和生命特征,以实现减小质量、降低能耗和产生自适应功能的目的。
为了更具体地了解这个概念,我们可以举一些典型的智能材料为例:形状记忆合金(A)、形状记忆聚合物(P)、电流变液(ERF)、电流变弹性体(ERE)、磁流变液(MRF)、磁流变弹性体(MRE)、自我修复高分子材料、压电材料、电致伸缩材料、光响应高分子材料以及介电弹性体和离子聚合物金属复合材料等。这些智能材料在工程中具有广泛的应用场景,包括阻尼器、离合器、抓取执行器等传统应用,以及土木工程中的振动调节、软体仿生机器人等新兴应用。
下面我们来详细了解一下这些智能材料的特性和应用。形状记忆合金是一种具有形状记忆效应的金属,可以在母相状态下加工成特定形状并在马氏体相状态下变形后恢复原始形状。这个过程是由材料内部的热弹性马氏体相变引起的。形状记忆聚合物则分为固定相和可逆相,当受到外部刺激时,聚合物可以改变形状并在刺激消失后恢复原始形状。电流变液和电流变弹性体在电场作用下会改变其流变特性,可以用于控制材料的软硬程度。磁流变液和磁流变弹性体则在磁场作用下表现出类似的效果。自我修复高分子材料则具有快速、可重复的自愈能力。压电材料可以在受到压力时产生电压,而电致伸缩材料则可以在电场作用下发生伸长或收缩。光响应高分子材料可以响应光刺激并产生相应的变化。介电弹性体和离子聚合物金属复合材料则是一种电活性聚合物,可以在电场作用下产生变形。
这些智能材料的应用前景广阔,它们在许多领域都得到了广泛应用,为工业和生活的各个领域带来了更多的便利和创新。不论是什么材料,只有越能满足需求、发挥更大作用,才能被认为是好材料。
